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MÁXIMO de360 Moldes/Hora
Tamanho MÁXIMO do Molde 3000mm
Projetado para moldar peças de diferentes tamanhos e volume de produção
Melhor qualidade do fundido devido ao gerenciamento e controle da qualidade da areia na máquina de moldar
Produção Flexível
com moldes de alta precisão
e com dureza uniforme
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EDITORIAL
ABIFA continua firme em seu propó-
sito de buscar alternativas para
o pleno desenvolvimento da
Indústria da Fundição, seja no
aspecto técnico, comercial ou
institucional. Nossa luta é para tornar o setor mais
competitivo, recolocando-o entre os mais represen-
tativos segmentos da indústria do País.
Informação de qualidade pode ser uma forte es-
tratégia na disputa com a concorrência internacional,
que está sempre atenta ao potencial de consumo do
nosso mercado. É preciso acompanhar o nível de desen-
volvimento dos países que são nossos principais compe-
tidores, nos preparar, apresentando diferencial competitivo
para ampliarmos nosso espaço no mercado.
Diante disso, uma importante ação no busca pelo fortale-
cimento do setor é o apoio a eventos voltados à capacitação da
mão de obra, estreitando o relacionamento da entidade com
escolas técnicas responsáveis pela formação do profissional
da fundição. Como exemplo, citamos o CONAF – Congresso
ABIFA de Fundição, que chega à sua 17ª edição no próximo
ano, e FENAF – Feira Sul Americana de Fundição, eventos que
há mais de 30 anos vêm chamando a atenção para as novida-
des da Indústria da Fundição.
A Revista Fundição & Matérias Primas apresenta-se tam-
bém como um canal de disseminação da cultura da fundição
disponibilizado pela ABIFA. Procuramos sempre a divulgação
de matérias técnicas com destaque no Brasil e no exterior,
abordando temas de interesse do fundidor.
A união de forças torna-se ainda mais necessária, em fun-
ção do momento de instabilidade pelo qual atravessa a econo-
mia do nosso País. Felizmente, as previsões apontam o início
de uma recuperação. Para isso, a ABIFA continua buscando
soluções junto aos órgãos de instância superior, visando faci-
litar a saída da crise, buscando, junto às fundições, alterna-
tivas contrárias ao “canibalismo empresarial”, conduta ainda
adotada que visa prejudicar outro, quando deveriam caminhar
em conjunto no desenvolvimento e expansão do negócio.
A A Revista
Fundição & Matérias Primas
apresenta-se também como um canal
de disseminação da cultura da fundição
disponibilizado pela ABIFA. Procuramos
sempre a divulgação de matérias técnicas com
destaque no Brasil e no exterior, abordando
temas de interesse do fundidor.
Neste momento, a serenidade e a capacidade de negocia-
ção precisam prevalecer. Esperamos, portanto, melhores dias
para a Indústria da Fundição e que nossos dirigentes, dentro
do cenário atual, tenham o bom senso para priorizar os inte-
resses do setor produtivo, bem como, da grande maioria da
nação brasileira.
Boa leitura a todos!
Afonso Gonzaga
Presidente
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SUMÁRIO
EDITORIAL
EVENTOS
GESTÃO EMPRESARIAL
MEIO AMBIENTE
PERFIL DO ASSOCIADOVtech Consulting
INFORMES TÉCNICOS
ABNT/CB-59
ÍNDICES SETORIAIS
AGENDA
CADERNO TÉCNICOAlém da simulação clássica do processo de injeção por alta
pressão: estudo da previsão de geometria, fadiga do molde e
comportamento estrutural
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Edição 195Agosto 2016
INSTALAÇÕES PARA FUNDIÇÃO E EQUIPAMENTOS PARA MACHARIA
· Instalações automáticas e mecanizadas de moldagem em areia verde
· Sopradoras de machos para processos em Cold Box, Hot Box, Shell Moulding, Croning, Inorgânico
· Instalações de preparação de areia para macharia· Equipamentos de transporte e tratamento de metais· Máquinas hidráulicas de moldagem· Sistemas de moldagem em areia química furânica
e uretânica - Misturadores· Equipamentos de jatamento de granalha· Recuperadores de areia térmico e mecânico para
moldagem e macharia
DENTRO de NÓS, a FORÇA©
2015
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ASSOCIADO
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EXPEDIENTE
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A Revista da ABIFA é uma publicação mensal da ABIFA – Associação Brasileira de Fundição – dirigida à toda cadeia produtiva do setor, às indústrias de fundição, seus fornecedores de produtos, serviços e clientes.Os artigos assinados são de respon sabilidade de seus autores e não necessariamente refletem as opiniões da revista. Não é permitida a reprodução total ou parcial das matérias sem expressa autorização da ABIFA.
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EVENTOS
ABIFA REALIZA REUNIÃO PLENÁRIA EM MINAS GERAIS
Plenária reuniu fundidores e fornecedores do setor de fundição promovendo uma interatividade da base da diretoria do estado de Minas com demais empresas do setor.
A ABIFA – Associação Brasileira de Fundição realizou no dia 26 de julho na sede da FIEMG – Federação das Indústrias do estado de Minas Gerais em Belo Horizonte a sua primeira reunião plenária fora da sede da entidade que fica em São Paulo no ano de 2016, assim como acontece todo ano à realização da plenária na regional Minas promove uma interatividade com os fundidores mineiros.
A reunião contou com a participação de aproxi-madamente 40 participantes dentre fundidores e fornecedores incluindo grande parte da diretoria da entidade no estado.
O presidente da ABIFA Sr Afonso Gonzaga conduziu a reunião abordando os principais assuntos da pauta como
a FENAF/CONAF 2017, a evolução do mercado de fundição diante do cenário econômico atual e demais assuntos como eventos e ações promovidos pela nova gestão da ABIFA.
Representantes das empresas presentes: Corradi, Kuttner, Nemak, Teksid, Inductotherm, Asimec, Bentonisa, Elkem, Saint Gobain, CBB-Clariant, Grafite, Fornac, Atelmig, Euromac, MSP, Treviso, Techinicalfairs, Mepal, Metalsider, Sindifer, Fundimig, Araguaia, BR Metals, Exone, R.az, Senai/Cetef – Itaúna, Jetco, Comil, Vtech, SIgroup, Sifumg tiveram oportunidade de trocar informações com demais participantes sobre assuntos do mercado dentre outros temas importantes para o desenvolvimento da cadeia de fundições brasileira.
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EVENTOS
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Bentonita sódica natural de alto rendimentopara Fundição
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internacional com as principais
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conta com uma forte presença
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Brasil
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Reino Unido
Senegal
Holanda
Marrocos Turquia
Armazén Laboratório Centro Logístico Fábricas Escritórios
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tualmente, fundições de alta produ tividade aumentaram os investimentos em suas estruturas para tornarem-se mais competitivas. Em alguns casos, a produção toda foi automatizada fazendo com que
as peças nem passem pelas mãos de seres humanos. Porém um importante processo para assegurar a qualidade desaparece: a inspeção visual e manual de processos e das peças acabadas. Diante disso, estratégias e sistemas avançados de inspeção e rastreabilidade foram desenvolvidos.
Não somente países muito desenvolvidos onde a demanda de peças fundidas com preços competitivos são combinadas com alta qualidade de produção. Contratos com cláusulas de “defeitozero” e altas penalidades por peças defeituosas se tornaram cada dia mais comuns.
Sistema de inspeção automática integrado ao processo produtivo 100% em linha pode ser uma alternativa para aumentar a produtividade e assegurar a qualidade.
INSPEÇÃO AUTOMÁTICA
PRINCÍPIO DA MODULAÇÃO DE SOMBRA
Defeitos em peças são frequentemente provenientes de machos e moldes danificados. Se não forem
GESTÃO EMPRESARIAL
INSPEÇÃO DE PEÇAS E RASTREABILIDADE SÃO A GARANTIA DE QUALIDADE NAS
FUNDIÇÕES MODERNAS
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A detectados imediatamente, o defeito pode se multiplicar e atingir toda a corrida do forno. Assegurar um molde de qualidade é uma das maneiras de reduzir o refugo de peças no final. Um sistema de inspeção visual tem que considerar as especificações do material. Por exemplo, variação da cor da areia pode indicar um alarme falso e afetar a produção. Nem todos os defeitos são revelados utilizando o método clássico de inspeção visual. Além de que nem toda variação pode ser um defeito. Assim como os sistemas comuns de inspeção visual devem estar aptos a operar no ambiente hostil das fundições.
Um sistema inovador desenvolvido especialmente para inspeção de machos de areia, pacotes de machos e moldes em areia verde é chamado de técnica de modulação de sombra. É um sistema fácil de usar e com um ótimo custo benefício.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA MODULAÇÃO DE SOMBRA:
A sombra de um objeto pode conter informações fundamentais de sua topografia. Os menores defeitos como trincas e quebras de molde só podem ser identificados se analisados através da sombra. Várias áreas escondidas dos olhos da câmera só são vistas através da sombra, conceito exemplificado na Figura 1.
Com o uso da modulação de sombras em diferentes
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ângulos, é possível obter ainda mais informações do que uma simples imagem.
Além do maior número de informações, as mesmas se tornam redundantes (critério visto em mais de uma imagem). No entanto, nem todas as áreas da imagem necessitam de inspeção, para isso o software consegue trabalhar com “áreas de interesse”, que são relevantes em termos de qualidade e processo. Essas regiões são definidas pelo operador e inseridas no software com as tolerâncias aceitáveis, o sistema de inspeção compara o item que está sendo testado com as imagens de referência. Esse sistema é rápido o suficiente para inspecionar 100% dos moldes e machos em produção. É conectado através de um CLP a linha de moldar ou ao robô o que proporciona conectividade e alta velocidade.
TRIANGULAÇÃO BASEADA EM AQUISIÇÃO DE IMAGENS
Para inspeção de peças a situação é um pouco diferente. Variações superficiais (que não estão ligadas ao controle de qualidade) podem acusar um falso-alarme quando utilizando a tecnologia 2D. Especialmente para as peças complexas, a inspeção 2D ou manual se tornam inviáveis e inseguras. Considerando peças como blocos de motor e caixas de transmissão a inspeção manual leva muito tempo e, para obter um bom resultado,
depende do foco e concentração do inspetor. Por isso a triangulação baseada em aquisição de imagens se torna a escolha correta para a linha de produção. O sistema verifica o perfil da superfície e permite uma inspeção quantitativa. Diferentes faces da peça são apresentadas sequencialmente ao scanner 3D por um robô industrial. A aquisição da imagem é baseada em um feixe de luz que se move precisamente através de um atuador linear (Figura 3). Vários lasers são usados em lados opostos da câmera para minimizar áreas cegas.
Cada varredura leva de 1 a 2 segundos para obter aproximadamente 5 milhões de pontos de dados 3D. A detecção e análise de falhas é completada depois de um segundo adicional, permitindo assim a inspeção em 100% da produção. A resolução e altura atingível depende de diversos parâmetros e configurações. O sistema padrão alcança uma resolução vertical de 0,1 mm em uma grelha de amostragem de 0,2 x 0,2 mm. Com o uso de um robô a varredura se torna ainda mais flexível, possibilitando a inspeção de diversos formatos de peças utilizando o mesmo sistema, utilizando apenas pinças diferentes no robô. As rotinas de inspeção são configuradas pelo operador por meio de uma interface gráfica simplificada. Todos os resultados de inspeção são armazenados em um banco de dados que pode ser consultado a partir de qualquer computador conectado à rede. Esta tecnologia também fornece ainda mais benefícios: com o uso de um software é possível ter um
Figura 1 – Sombra mostra a definição das patas, pescoço e homem sentado sobre o camelo.
Figura 2 – Imagens em série produzidas pelo sistema.
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Figura 3 – Unidade de aquisição de imagens comsensores e feixe de luz.
Figura 2 – Imagens em série produzidas pelo sistema.
Figura 4 – Medição e comparação com modelo CAD.
comparativo da peça acabada com o modelo CAD bem como uma interação com uma máquina de medição CMM na sala de medição.
MARCAÇÃO INDIVIDUAL PARA IDENTIFICAÇÃO DE PEÇAS
Para facilitar a identificação individual de peças vazadas em moldes a base de areia, um sistema de marcação grava sequências de caracteres nos moldes de areia. Esse sistema de marcação faz o uso de um laser de alta potência de estado sólido de marcação que “queima” os caracteres. É possível aplica-lo em todos os processos de areia de fundição como: Cold-box, Hotbox, inorgânica, areia resina e areia verde. Logicamente que a configuração do laser se torna diferente e variam com o processo de areia que está sendo utilizado.
No entanto é possível gravar 6 caracteres com 8 mm de altura por 1 mm de profundidade em apenas 6 segundos (Figura 5).
Para a marcação a laser é necessário o uso de alguns dispositivos periféricos como um sistema de exaustão, sistema de resfriamento da unidade laser e
etc. A estação de marcação a laser é de Classe 1 e, para a operação segura, é necessário estar enclausurada quando em funcionamento (Figura 6).
A estratégia de aplicação de um código único para cada peça fundida depende do processo produtivo de cada fundição. Como exemplo, uma fundição pode utilizar apenas um sistema de marcação a laser, marcando insertos de machos que são posteriormente introduzidos aos moldes das peças que serão vazadas (Figura 7).
LEITURA 3D COM RESULTADOS CONFIÁVEIS
Como podemos controlar e rastrear as peças marcadas com o sistema de marcação a laser? Sabe se que a superfície de uma peça fundida é problemática para ser analisada com os sistemas de inspeção atuais em escala de cinza. Para um sistema de reconhecimento ótico de caractere (OCR) a situação é a mesma: variações na refletividade da peça causam leituras não confiáveis.
Considerando que a informação não é obtida através de uma imagem e sim de um relevo, técnicas 3D se
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Figura 5 – Marcação a laser em um macho de disco de freio.
Figura 2 – Imagens em série produzidas pelo sistema.
Figura 6 – Sistema de marcação a laser em um molde deareia resina (visto através da janela de proteção).
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Figura 7 – Exemplo de gravação em inserto de macho,permite flexibilidade a uma grande variedade de peças.
Figura 8 – Código marcado em um bloco de motor e seuresultado de leitura.
Figura 10 – Processo de aquisição de imagem.Figura 9 – Princípio de operação.
tornam o método adequado proporcionando altas taxas de acerto mesmo que a peça tenha sofrido oxidação, riscos ou ainda tenha vestígios de areia. Por meio da técnica de projeção de luz em forma de listras, o relevo pode ser identificado. Mesmo que os caracteres estejam sobre uma superfície curva (Figura 9a), o software é capaz de reconhecer os caracteres (Figura 9b), converter em uma imagem em escala de cinza de alto contraste (Figura 9c) e posteriormente as informações serem seguramente analisadas pelo sistema de reconhecimento óptico de caractere padrão OCR (Figura 9d).
Durante o processo de aquisição de imagem é necessário que a peça fique imóvel de 1 a 2 segundos (Figura 10), durante o processo de cálculo, que leva cerca de 3 segundos, o movimento pode ser retomado.
CONCLUSÃO
Combinando estratégias de inspeção visual e rastreabilidade automática é possível garantir qualidade máxima da produção realizada. O objetivo é reduzir a insatisfação dos clientes final com uma vantagem adicional de os resultados dos sistemas de inspeção automatizados ligados a um pequeno lote de produtos fornecem uma base de informações muito valiosas para otimizações do processo. A indústria de automóveis como o maior cliente de fundição, cada dia mais aumentam as requisições de qualidade do produto.
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MEIO AMBIENTE
REUNIÃO EM 30 DE AGOSTO DE 2016
Apresentação de Priscila Rocha, Especialista de Meio Ambiente, do Departamento de Meio Ambiente da FIESP sobre:
1. Liminar da CETESB para cálculo das taxas de Licenciamento Ambiental para as empresas associadas ao CIESP.
2. Status Processo TCFA-Taxa de Controle e Fiscalização IBAMA;
3. Monitore: Sistema de Gerenciamento das Obrigações Ambientais (Estado de SP);
4. PREFE - Plano de Redução de Emissão de Fontes Estacionárias.
- Próxima reunião da Comissão – Agenda e Pautas - Data: 26 de outubro de 2016 – Quarta-Feira - Horário: 14:00h - Local: sede da ABIFA – Av. Paulista, 1274 – 21º andar – São Paulo – SP. - Pauta a definir.
Lembramos que participam desta reunião Fundições, Fornecedores de Insumos, Matérias-Primas, Serviços e aqueles com interesse na área de Meio Ambiente.
Lylian Camargo – Tel.: (11)3549-3344.
COMISSÃO DE MEIO AMBIENTE DA ABIFA
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VTECH CONSULTING
PERFIL DO ASSOCIADO
A Vtech Consulting Ltda. é uma empresa estabelecida desde 1998 e representante exclusiva em todo o território brasileiro e argentino da conceituada empresa Alemã GOM, líder mundial e pioneira na fabricação de equipamentos de metrologia óptica 3D e análise de teste de materiais, hoje com mais de 200 equipamentos instalados no Brasil/ Argentina.
Nossa tecnologia ajuda a melhorar a qualidade e competitividade nas empresas, pois temos aplicação para a área de fundição.
Hoje nossos equipamentos estão instalados em todas as montadoras do mundo e percebemos no mercado nacional uma grande preocupação na melhoria da qualidade dos produtos.
Temos várias áreas para aplicação: montadoras e fornecedores, aeroespacial, geração de energia, transporte, tecnologia médica, estamparia e também para a educação – universidades.
Muitos ainda não conhecem esta tecnologia e se encantam ao conhecer.
O Workshop GOM/Vtech "Técnicas de Medição 3D industriais em processos de fundição e forjamento" é uma plataforma de indústria para engenheiros, projetistas
de produto e fabricantes de moldes e ferramentas, bem como especialistas de garantia de qualidade e produção. Especialmente para especialistas da fundição e forjamento indústria o workshop gratuito oferece que uma visão sobre como metrologia óptica 3D é integrada as modernas cadeias de processo de fundição em areia, sob pressão e microfusão.
Além de uma troca de experiências, o workshop enfoca também apresentações de usuário. Principais empresas industriais irão apresentar exemplos de sua prática do dia a dia para mostrar como a medição óptica os ajuda a reduzir os prazos de desenvolvimento, otimizar os processos de produção e, portanto, melhorar a rentabilidade da empresa.
Ao lado destas experiências de usuário, o time de engenheiros de aplicação da Vtech fará apresentações ao vivo dos mais recentes desenvolvimentos em metrologia 3D, bem como o software de medição e inspeção GOM Software 2016.
Inscrição para este evento gratuito que irá ocorrer na sede da Vtech Consulting Ltda em São Paulo – SP: www.vtech-br.com ou com Ivana Massaroti - [email protected] – Tel: (11) 2605-8080
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INFORMES TÉCNICOS
odernização da força motriz e automação do sistema resultaram em economia de 47% no consumo de energia elétrica das centrais de óleo da Usinagem
A Embraco, multinacional focada em inovação e uma das maiores fabricantes mundial de compressores herméticos para refrigeração, busca continuamente reduzir seus impactos ambientais relacionados aos processos de manufatura e de consumo de energia elétrica, especialmente após a implantação do World Class Manufacturing, cuja metodologia é focada na eliminação de perdas e desperdícios.
Segundo dados da Eletrobrás, a indústria consome 42% da energia elétrica no Brasil e os motores
elétricos correspondem a 70% da energia consumida na indústria. As altas tarifas de energia têm levado as empresas a buscarem alternativas para poupar eletricidade, otimizar processos e reduzir custos. Investir em Eficiência Energética é a opção que muitas delas encontraram para gastar menos e aumentar a competitividade no mercado.
Com o objetivo de diminuir perdas de energia em sua linha de Usinagem da unidade de Joinville/SC, a Embraco buscou a WEG para um diagnóstico de Eficiência Energética. “Além de ser referência em produtos com elevados índices de eficiência energética, a WEG tem uma equipe de engenheiros de aplicação com grande experiência, que auxilia a identificar oportunidades, perdas energéticas e presta suporte durante as fases de implantação do projeto”, explica Ricardo Samistraro, especialista em processos elétricos e líder do Pilar Energia da Embraco.
SOLUÇÃO WEG REDUZ O CONSUMO DE ENERGIA NA FÁBRICA DA EMBRACO
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O diagnóstico revelou que os motores das centrais de óleo, responsáveis pelo bombeamento do óleo até as máquinas de usinagem consumiam muito mais energia que o necessário para a CASE NOTES WEG Motores aplicação. Esse levantamento apontou um potencial de aproximadamente 30% de redução no consumo de energia.
Por meio da troca de informações entre as áreas técnicas da WEG e da Embraco, a solução encontrada foi a substituição dos motores antigos por motores WEG de alta eficiência das linhas W22 IR3 Premium e W22 IR4 Super Premium, acionados por inversores de freqüência CFW700 e CFW11 e integrados a um transdutor de pressão. Essas linhas de motores apresentam níveis de rendimento acima do exigido pela lei de Eficiência Energética brasileira (portaria nº553), contribuindo para economia de energia e o uso racional dos recursos naturais.
O projeto englobou ainda um maior controle de vazão do sistema de distribuição de óleo, antes realizado por meio de válvulas manuais. Este método causava uma pressão instável no sistema e um gasto desnecessário de energia, uma vez que a demanda de trabalho das máquinas é variável. Com o sistema otimizado, a pressão passou a ser estável e o consumo de energia proporcional a produção.
De acordo com Samistraro, a troca dos motores antigos por modelos de alta eficiência aliada à automação do sistema, não só reduziu o consumo de energia, como também superou o previsto, possibilitando 47% de economia, equivalente a 2.227.286 kWh/ano, cerca da metade do que era consumido nas centrais de óleo anteriormente. Outro benefício conquistado foi em termos de competitividade.
A Embraco passou a produzir a mesma quantidade de compressores utilizando menos energia. “Renovação tecnológica de equipamentos, ganhos de energia expressiva e alta confiabilidade de operação foram os principais ganhos obtidos”, relata Samistraro. Na imagem abaixo é apresentado um esquemático do projeto:
A Embraco nasceu no sul do Brasil, na cidade de Joinville
(SC) e é especializada em soluções para refrigeração. Além de compressores herméticos, produz também componentes elétricos, CASE NOTES WEG Motores de ferro fundido, e sistemas completos de refrigeração para uso doméstico e comercial. Com atuação global e capacidade de produção anual de 39 milhões de unidades, a Embraco oferece soluções que se diferenciam pela inovação e pelo baixo consumo de energia. Seus mais de 12 mil funcionários trabalham em fábricas e escritórios localizados no Brasil, na China, Itália, Eslováquia, México, Estados Unidos e Rússia e seus produtos são comercializados em cinco continentes.
MOTORES DE ALTA EFICIÊNCIA DA LINHA W22 IR3 PREMIUM ACIONAM AS BOMBAS
DAS CENTRAIS DE ÓLEO
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ABNT/CB-59ABNT/CB-59
ABNT/CB – 59 COMITÊ BRASILEIRO DE FUNDIÇÃOO FÓRUM DE NORMALIZAÇÃO DO SETOR DA FUNDIÇÃO
ABNT/CB-59 FUNDIÇÃO
Gestor: Antônio Diogo F. PintoChefe de Secretaria: Weber Büll Gutierres
Secretaria Técnica: Lylian Fernanda Camargo
SUB-COMITÊS
Resíduos de Fundição
59:001
Fundição de Aço 59:002
Fundição de Ferro 59:003
Fundição de Não Ferrosos
59:004
Matérias-Primas 59:005
Comissão de Estudo Resíduos de Fundição
59:001.01
Em recesso Comissão de Estudo de Ferro Fundido
"Conexões" 59:003.02
a ser instalada Comissão de Estudo de Matérias-Primas para
Fundição 59:005.01
A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, entidade civil sem fins lucrativos, é a organização responsável pelo gerenciamento da normalização no Brasil. A ABNT possui vários comitês que atuam em áreas específicas.
O Comitê Brasileiro de Fundição – ABNT/CB-59 é o responsável pela elaboração das normas técnicas para o setor da Fundição.
Este Comitê é composto por profissionais e especialistas em fundição e está estruturado em Sub-Comitês, Comissões de Estudo (CE) e Grupos de Trabalho (GT).
Instalado em 2007 o CB-59 tem como objetivo prover o setor de normas técnicas atualizadas, proporcionando a indústria e a sociedade brasileira qualidade e segurança.
Foi criado devido a necessidade de um organismo de normalização exclusivo para o setor, até então no âmbito do CB-01 Mineração e Metalurgia (em recesso), e está sob responsabilidade da ABIFA que é a Sede e a Secretaria deste Comitê.
O âmbito de atuação do ABNT/CB-59 é a normalização no campo da fundição de ferro, aço, não ferrosos, insumos, matérias-primas e resíduos.
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COMO PARTICIPAR DAS COMISSÕES DE ESTUDO
A composição das comissões de estudo é aberta a todos os interessados, não se restringindo aos profissionais convidados pelo comitê. Os interessados em participar das comissões de estudo devem entrar em contato com a secretaria do ABNT/CB-59 Fundição, indicando a comissão de estudo de seu interesse, informando se é um produtor, consumidor ou agente neutro na discussão do tema envolvido.
As empresas ou entidades que estejam também interessadas na elaboração de novas normas devem
apresentar uma solicitação formal à secretaria do ABNT/CB-59, indicando em detalhes o objeto e o escopo da normalização pretendida, com uma breve justificativa de sua necessidade.
Para mais informações entre em contato com ABNT/CB-59 por email: [email protected] ou através do telefone: (11) 3549-3369 com Lylian Fernanda Camargo.
SAIBA COMO APOIAR O ABNT/CB-59 Venha participar do desenvolvimento normativo
brasileiro do setor da fundição como colaborador do CB-59. Para mais informações: [email protected]
CE 59:003.02 – COMISSÃO DE ESTUDO DE FERRO FUNDIDO "CONEXÕES"
PROJETO DE NORMA
TÍTULO
ABNT NBR 6943Conexões de ferro fundido maleável com rosca
ABNT NBR NM – ISO 7-1 para tubulações
ABNT NBR 6925Conexões de ferro fundido maleável classe 150 e 300 com
rosca NPT para tubulação
COMISSÃO DE ESTUDO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA FUNDIÇÃO - CE 59:005.01
Esta comissão está estudando a normalização das matérias-primas para fundição tais como: bentonita, resina, tintas, massa refratária, ferroliga e carburantes, bem como as especificações químicas e físicas, ensaios físicos e químicos, distribuição granulométrica e terminologia.
COMISSÃO DE ESTUDO DE FERRO FUNDIDO “CONEXÕES” CE 59:003.02
Esta comissão finalizou a revisão das normas ABNT NBR 6943 e ABNT NBR 6925, ambas possuem certificação compulsória no INMETRO.
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CONGRESSO DE INOVAÇÃO TECNOLOGICACINTEC 2014 FUNDIÇÃOData: 15 a 19 de setembro de 2016Local: Joinville – SC
METALURGIA – FEIRA E CONGRESSO INTERNACIONAL DE TECNOLOGIA PARA FUNDIÇÃO, FORJARIA, ALUMÍNIO & SERVIÇOSData: 16 a 19 de setembro de 2016Local: Joinville – SC
WORKSHOP: SOLUÇÕES PARA TRATAMENTO DE METAIS PARA COMPETIR NUM MERCADO GLOBALIZADOData: 15 de setembro de 2016 – 08:30Local: MERCURE Joinville Prinz Hotel – Joinville – SC
AGENDA
REUNIÃO DA COMISSÃO DE ESTUDO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA FUNDIÇÃOData: 15 de setembro de 2016Local: Expoville – SC
REUNIÃO DA COMISSÃO DE ESTUDO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA FUNDIÇÃOData: 06 de outubro de 2016Local: ABIFA – Sul
REUNIÃO DA COMISSÃO DE ESTUDO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA FUNDIÇÃOData: 01 de dezembro de 2016Local: ABIFA – Sul
AGENDA 2016
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Cadernos Técnicos
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ico ALÉM DA SIMULAÇÃO CLÁSSICA DO PROCESSO DE INJEÇÃO POR
ALTA PRESSÃO: ESTUDO DA PREVISÃO DE GEOMETRIA, FADIGA DO MOLDE E COMPORTAMENTO ESTRUTURAL1
Olivier Ludwig2
Badarinath Kalkunte3
RESUMO
Este artigo mostra como as soluções de fundição da ESI Group podem cumprir os desafios não convencionais encontrados
na produção de peças pelo processo de fundição sob pressão de liga de alumínio e magnésio. Tais desafios são, por exemplo,
a previsão das distorções e forma final da peça, o modelamento das consequências estruturais dos defeitos de fundição e a
previsão da vida útil dos moldes permanentes.
Esse trabalho foi desenvolvido com uso do software de elementos finitos ProCAST. Três exemplos estão apresentados, mostrando
como enfrentar esses desafios. Para a previsão de distorções, foi simulado o processo de enchimento, solidificação e ejeção da
peça, por meio de uma simulação acoplada: CFD, térmica e mecânica. A análise da vida útil do molde permanente exigiu a
implantação de um modelo de fadiga cujos parâmetros são função das propriedades do material do molde. No terceiro exemplo,
a influência de defeitos de solidificação nas propriedades mecânicas da liga teve que ser estudada e modelada, para avaliar as
consequências no comportamento estrutural. Feito isso, a simulação do desempenho da peça pôde ser feito considerando uma
peça de características “como no real”.
Palavras-chave: Simulação, injeção, estrutural, deformação, fadiga, prototipagem virtual.
BEYOND CLASSICAL NUMERICAL SIMULATION OF HPDC CASTING PROCESS: INVESTIGATION OF SHAPE PREDIC-TION, DIE FATIGUE AND STRUCTURAL BEHAVIOR
ABSTRACTThe objective of this paper is to show how ESI’s casting solutions can meet the non-conventional challenges of HPDC parts production, by predicting distortion of cast parts, address the consequences of casting defects on structural behavior, and by computing low cycle fatigue life of permanent die. This work was conducted with the Finite Element based software ProCAST. Three examples are presented and demonstrate how the above mentioned objectives are reached. For distortion analysis, the complete filling and solidification process was computed in a coupled thermal, fluid flow and mechanical simulation. The die fatigue analysis required the implementation fatigue model with material-dependent parameters. In the third case, it was necessary to evaluate which and how casting defects affects the mechanical properties of the material, and the consequences in terms of structural behavior. Thus, the performance of the “as real” part was simulated.
Key words: Simulation, HPDC, structural, deformation, fatigue, virtual prototyping.
1 CONAF 2015.2 Gerente técnico, ESI South America, São Paulo, Brasil.3 Casting Product Marketing Manager, Calcom ESI, Lausanne, Switzerland.
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1 INTRODUÇÃO
Peças de liga leve (alumínio, magnésio) produzidas por fundição sob pressão apresentam formas cada vez mais complexas, com espessura não homogenia, o que induz fortes gradientes térmicos. A contração da peça não é uniforme, e a compensação tradicionalmente feita por meio de um fator de contração no projeto CAD não é suficiente para garantir uma peça conforme as tolerâncias exigidas. Uma simulação numérica contemplando os aspectos térmicos e mecânicos do processo real é necessária para prever a geometria final do produto. O primeiro exemplo deste trabalho
ilustra essa capacidade. As não homogeneidades
de temperaturas também são consideráveis nas peças constituintes do molde permanente. Os diversos ciclos de aquecimento e resfriamento impostos ao molde provocam deformações cíclicas do material (geralmente um aço de baixa liga do como o H13), submetendo este ao fenômeno de fadiga. Este é modelado por meio de equações tiradas da literatura de pesquisa da ciência dos materiais, e integrado numa simulação termomecânica. O segundo caso mostra uma previsão de vida útil feita junto com a simulação de fundição.
A presença de defeitos de
fundição tais como rechupe, micro porosidade, oxidação do metal, etc. é fonte de diferenças nas propriedades mecânicas e, para se avaliar o comportamento da peça de maneira realística, deveria ser contemplada em uma simulação estrutural que considera-se a mais correta. Para que isso se torne realidade, a ESI Group desenvolveu uma metodologia de controle, adaptação e transferência de resultados entre simulações numéricas dos processos de fabricação (tal como a fundição), de montagem (tal como a soldagem) e de análise estrutural ou de desempenho final (por exemplo, um crash-test de um veículo automóvel). Dessa forma,
Figura 1. Ilustração do conceito de “Product life cycle management”
Figura 2. Peça produzida por injeção. Foto (esq) e projeto de CAD com os canais de resfriamento. Courtesy of Georg Fisher Automotive AG:
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o acoplamento de simulações permite uma prototipagem virtual levando em conta todas essas etapas. A figura 1 ilustra o conceito de gerenciamento do ciclo de vida do produto (Product life cycle management).
O objetivo é seguir um produto através do seu processo de fabricação completo, calculando, a cada estágio, a estrutura, os defeitos, as propriedades mecânicas e as dimensões - transferindo os resultados de uma simulação para outra. O terceiro exemplo apresentado foca-se no encadeamento de uma simulação de fundição com uma análise estrutural e de rompimento de uma peça automotiva.
2 PREVISÃO DE DISTORÇÃO DE UM PAINEL INTERIOR DE PORTA DE VEÍCULO AUTOMÓVEL
O processo de injeção sob alta pressão permite a fabricação de componentes estruturais de parede fina para conseguir uma redução de peso, o que torna-se um objetivo importante da indústria automotiva. A Figura 2 mostra um painel de porta interna, exemplo típico de uma estrutura de suporte
de carga, produzido pela empresa alemã Georg Fischer Automotive AG para a montadora Mercedes-Benz. O artigo apresentado na referência [2] mostra um exemplo de como a ferramenta industrial de simulação foi utilizado no início do ciclo de projeto para dirigir fabricação de componentes.
Para refletir a complexidade do processo real e contemplar todas as suas etapas, precisa-se conduzir uma série de simulações, explicadas em seguida.
Pré-processamento: Os dados de projeto da matriz (incluindo os canais de refrigeração, o componente com sistema de alimentação e saídas de ar) foram importados para o software de análise. Com base nesta informação, uma malha de elementos finitos (FEM) foi gerada para aqueles componentes que têm a maior influência sobre a produção da peça fundida. Durante a fase de pré-tratamento, as propriedades do material e as várias condições de contorno foram implantadas no modelo FEM de acordo com as condições específicas do processo.
Ciclagem térmica: Uma simulação térmica de um determinado número de ciclos é realizada para alcançar
a temperatura de estado estacionário na matriz. Etapas do processo, como abertura do molde, pulverização e fechamento foram descritas por condições de contorno dependentes do tempo. A Figura 3.a mostra a distribuição da temperatura no final de 10 ciclos em diferentes secções da matriz. A Figura 3.b exibe a deformação da matriz correspondente ao campo térmico mostrado na Figura 3.a: a deformação máxima observada foi inferior a 0,2 mm, e localiza-se longe da cavidade. Portanto, a influência desta deformação em atingir a temperatura de funcionamento da matriz não foi tomada em consideração, a fim de poupar tempo de cálculo e para reduzir a duração do projeto.
Enchimento: O enchimento da cavidade utiliza como condição inicial as temperaturas do estado estacionário obtido a partir da simulação dos ciclos térmicos. Os componentes da matriz começam com o campo de temperatura atingido no final de 10 ciclos térmicos. O metal fundido é injetado dentro da cavidade com base no perfil de velocidade do pistão definido para este componente. O resultado do cálculo acoplado da transferência de calor e do fluxo de
Figura 3. (a) Distribuição de temperatura após 10 ciclos. (b) Deslocamento resultante dos gradientes térmicos
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Figure 4.a: Tensão de Von Mises antes da ejeção Figure 4.b: Temperatura do fundido antes da ejeção
metal é uma cavidade cheia, onde a peça tem uma temperatura não uniforme.
Simulação termomecânica 1: A simulação mecânica começa com o campo de temperatura obtido a partir do final da análise de fluxo, quando a cavidade está completamente cheia. Uma simulação termomecânica acoplada foi realizada. Para a liga de fundição, foi aplicado um modelo
de material elástico-plástico com propriedades do material dependentes da temperatura. Por uma questão de simplificação, a matriz é considerada idealmente rígida. Pequenos deslocamentos no fundido aparecem em áreas onde o encolhimento não é impedido ou restringido. Em determinadas áreas, o componente perde parcialmente o contato com a superfície do molde, o que
reduz a transferência de calor entre o metal fundido e a matriz. A ferramenta de simulação de fundição contempla esses fenômenos, reduzindo o coeficiente de transferência de calor conforme a espessura da folga formada. Em áreas onde o encolhimento é impedido devido às restrições do molde, as tensões aparecem. A Figura 4.a mostra a tensão de Von Mises imediatamente antes
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Figura 5. Propriedades mecânicas da liga fundida e tensões calculadas, em função da temperatura.
de ejeção da peça de fundição, enquanto a Figura 4.b mostra as temperaturas correspondentes.
Ao comparar os dois resultados torna-se bastante evidente que as áreas de temperatura mais elevada têm baixas tensões e vice-versa. Para explicar este comportamento, os valores de tensão e de temperatura em nós selecionados foram identificados e representados graficamente em conjunto com as propriedades mecânicas da liga de alumínio fundido, que dependem da temperatura. Como podemos ver na Figura 5, as tensões observadas estão todas entre o limite de elasticidade e o limite de tensão de ruptura. Isto significa que uma deformação plástica permanente esta acontecendo durante a solidificação e o resfriamento da peça. A contração térmica combinada com as restrições locais formadas pelas características geométricas da cavidade induzem tensões muito mais elevadas do
que o limite de elasticidade no local.
• Yield stress: Limite de escoamento
• Ultimate stress: limite de ruptura
• Stress before ejection: tensão e temperatura em determinados pontos da peça antes da ejeção.
Simulação termomecânica 2: Esta etapa foca-se na ejeção da peça fundida e o arrefecimento subsequente até a temperatura ambiente. Na hora da ejeção, o componente tende para um novo estado de equilíbrio quando está livre das restrições da matriz. As tensões sobre o componente estão relaxadas e o retorno elástico produz uma quantidade correspondente de deformação. O segundo efeito importante consiste no arrefecimento do componente para a temperatura ambiente a partir do campo de temperatura não homogênea no tempo de ejecção da matriz. A Figura 4 e a Figura 6 demonstram claramente
a alteração da parte do estado de tensão antes e após a ejeção do molde. A Figura 7 mostra a distribuição de temperatura logo após a ejeção. Na Figura 7 algumas áreas mais quentes no componente são claramente visíveis (circulado). Quando essas áreas arrefecerem até à temperatura ambiente (Figura 7, imagem à direita) eles encolhem um pouco mais do que a área circundante, no lado esquerdo, que é um pouco mais fria. A parte superior da estrutura da porta deforma para dentro devido a este fenómeno (ver seta) e, por consequência, não está de acordo com a tolerância geométrica necessária.
Simulação termomecânica 3: Neste passo, o corte do sistema de alimentação é levado em conta. O princípio é bastante semelhante ao da etapa 2. Os campos de temperatura e tensão da simulação anterior são usados como entrada para esta nova análise. Uma vez que o sistema
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de alimentação é na maior parte mais quente do que o componente, o primeiro tende a encolher com uma velocidade diferente do que o segundo. Consequentemente, tensões transversais são iniciadas na zona dos ataques, que são os pontos de contato entre o sistema de alimentação e a peça. Aqui o solver mecânico determina um novo equilíbrio no primeiro passo do cálculo.
Pós-processamento: Os resultados são calculados em comparação aos dados CAD da
matriz, incluindo a temperatura inicial do ciclo de pré-aquecimento. Assumindo um pré-aquecimento uniforme dos moldes, a expansão linear da matriz é dada pelo produto da diferença de temperatura entre a temperatura de pré-aquecimento e a temperatura ambiente, pelo coeficiente de dilatação linear do aço. No exemplo apresentado foi usada uma temperatura de pré-aquecimento de 200°C, o que corresponde a um fator de escala de 0,23%. Os resultados são, portanto, dimensionados por este
fator. O ponto de interesse não é apenas a deformação da matriz, mas o deslocamento em relação à geometria de referência da parte. Por esta razão a malha da peça de fundição é reduzida por um fator de encolhimento. Esta é utilizada como referência para determinar a deformação final.
Uma medição de deformação está sempre relacionada a um determinado sistema de coordenadas. No departamento de qualidade, a deformação do painel da porta foi determinada por aperto
Figura 6: Tensão de Von Mises após ejeção Figura 7: Homogeneização da temperatura e contração durante o arrefecimento
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Figura 8. Mapa de deformação da peça após tratamento, a ser comparada com medições experimentais.
Figura 9. Geometria da peça estudada e mapa da Tensão Principal I na região do molde, no momento em que ela atinge o seu valor máximo.
Figura 10. Resultado “Fatigue” indicando a vida útil do molde e foto da peça fundida com defeito.
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do componente em um dispositivo de medição sem influenciar a forma da peça. Em seguida, as coordenadas foram medidas em pontos de medição pré-marcados. Do mesmo modo, os resultados da simulação foram transformados no mesmo sistema de coordenadas de referência. Os resultados finais de deformação estão apresentados na Figura 8. A área indicada na Figura 8 mostra que o componente não satisfaz as tolerâncias requeridas (os valores de deslocamento foram escondidos por motivo de confidencialidade).
Os resultados da simulação e as medições experimentais obtidas pelo fabricante do componente concordam com precisão na
direção da deformação e na ordem de grandeza do valor observado na realidade.
3 AVALIAÇÃO DA FADIGA DO MOLDE
Os ciclos sucessivos de produção de peças fazem com que as partes dos moldes se deformem de maneira cíclica e o fenômeno de fadiga posse acontecer. Quando se faz uma simulação mecânica envolvendo ciclagem e deformação do molde, o solver do ProCAST calcula automaticamente um indicador de ciclos de vida das peças. Esse cálculo é baseado na combinação das leis de fadiga de Manson-Coffin (baixo número de
ciclos) e de Basquin (alto número de ciclos) e prevê o número de ciclos de produção podendo ser conduzidos até a formação das primeiras fissuras de fadiga. A referência [Brechet] contem os detalhes do modelo. A Figura 9 mostra um mapa da tensão principal I (major stress) em uma região do molde, num determinado momento durante a solidificação da peça.
O alto valor da tensão principal I na região cercada indica que uma tensão trativa está atuando no material e sugere um possível dano nesta área. O resultado do indicador de fadiga esta apresentado pela figura 10: na mesma região onde se formam as tensões altas,
Figura 11. Injeção do metal na cavidade simulado com movimento do pistão. Resultado: mapa do risco de oxidação do metal. Courtesy of Takata-Petri AG.
Figura 12. Comparação de resultados de simulação de dois perfis de velocidade. Esquerda: baixo nível de oxidação do metal. Direita: regiões com alto nível de oxidação.
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observamos também um resultado “Fatigue” de baixo valor, indicando que a peça estará danificada após um baixo numero de ciclos (peças produzidas). O valor mínimo desse indicador nessa região é de 2,6 o que significa 102.6 = 298 ciclos de produção antes da primeira fissura. A consequência desse dano pode se materializar na forma de defeito, aparecimento de vazamento, como mostrado na foto ao lado.
4 PROTOTIPAGEM VIRTUAL COMPLETA: SIMULAÇÃO DAS CONSEQUÊNCIAS DOS DEFEITOS DE FUNDIÇÃO NO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL
Neste último caso de estudo consiste de uma peça de Magnésio injetada (um corpo de volante produzido por Takata-Petri AG) apresentando alguns defeitos relacionados à oxidação do metal líquido durante as fases de enchimento. O estudo completo pode ser consultado na referência [4].
O enchimento da cavidade foi simulado por meio de uma movimentação do pistão (Figura 11). A velocidade do mesmo em função da distância percorrida é um dado de entrada do modelo que permite refletir a realidade do processo na simulação. Dependendo do perfil de velocidade, pode-se formar uma oxidação do
metal devido às turbulências ou “ondas” na superfície livre. O risco de oxidação é calculado ao longo da simulação de enchimento. A figura 12 apresenta o resultado de dois casos: no primeiro, o perfil de velocidade do pistão resultou em um baixo risco de oxidação (peça “boa”). No segundo, à direita, o outro perfil resultou em regiões de alto risco de defeito na peça (peça “ruim”). Estes resultados foram comprovados experimentalmente, com testes de injeção realizados conforme aos dados das simu-lações, e analisando a presença de defeito de oxidação por meio de teste de ralo X.
Após a análise dos resultados das simulações de fundição, fica normalmente a dúvida sobre a influencia desses defeitos (no caso, o nível de oxidação do metal) na parte estrutural do componente estudado. Isso acontece porque a maioria dos softwares de fundição não permite uma análise mecânica após o enchimento, nem contemplam a presença de defeitos no modelamento ou nas propriedades do material da peça estrutural a ser avaliada.
A ESI Group desenvolveu uma metodologia de transferência dos resultados de defeitos de fundição para a análise estrutural: de maneira resumida, o limite de ruptura e escoamento do material é diminuído pela
presença de defeitos. Portanto, quando se faz uma simulação do desempenho mecânico da peça precisa-se mapear essa diferencia de propriedade na malha do modelo mecânico, como se cada elemento do modelo tivesse as suas propriedades especificas. A simulação mecânica é feita com o software de elementos finitos Virtual Performance Solution (VPS), também da ESI Group, que troca informações diretamente com o ProCAST.
Essa abordagem foi validada por meio de testes experimentais feitos na peça real (Figura 13). O ensaio destrutivo escolhido foi a compressão quase-estática, onde se aplica um carregamento de velocidade constante na parte central do volante. A força de reação é medida até chegar à ruptura e o resultado é analisado na forma de curva Força x Deslocamento aplicado.
Este mesmo teste foi reproduzido virtualmente com o VPS, analisando o comportamento da peça “boa” e da peça “ruim”, utilizando a abordagem descrita acima. A figura 14 apresenta as curvas Força x Deslocamento obtidas para as duas peças, tanto de maneira experimental como virtual. Constata-se que a simulação foi capaz de reproduzir de maneira fiel o comportamento observado nas duas peças: a
Figura 13. Comparação da deformação e ruptura entre um teste real e a predição feita por simulação numérica.
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força máxima foi menor para a peça defeituosa, e o rompimento aconteceu por um deslocamento menor do que o da peça isenta de defeito. Esse resultado qualitativo se verifica na simulação. Os valores das forças medidas e simuladas são bem próximos, o que permite concluir em um bom acordo quantitativo.
5 CONCLUSÃO
Essa contribuição ao 17º CONAF apresentou a utilidade da simulação numérica nos desafios encontrados na produção de peças estruturais por meio do processo de fundição sob pressão. No primeiro caso, as distorções previstas foram comparadas com medições de peças em escala real. O acordo foi satisfatório. Em seguida, o indicador de fadiga permitiu uma previsão qualitativa através da detecção das regiões críticas onde ocorreria a falha. Por fim, um defeito de enchimento relacionado à velocidade de pistão de injeção foi provado ser o fator crítico que determinava o comportamento estrutural do componente investigado. Isto mostrou como possíveis defeitos de fabricação afetam diretamente o desempenho
Figura 14. Resultado do teste de compressão quase estática. Curvas Força x Deslocamento para as duas peças, medidas no teste real e na simulação.
do produto final. Podemos então concluir que os programas de simulação de fundição modernos são ferramentas que permitem hoje uma predição quantitativa de efeitos de fundição e da geometria do componente estudado. Uma simulação de fundição feita com ProCAST é o primeiro elo da cadeia de processo End-To-End da prototipagem virtual. A sinergia e a interoperabilidade dos produtos da ESI Group permitem que este conceito se torne uma realidade accessível ao engenheiro de desenho e de produto, visando a redução dos custos, eliminando protótipos reais e o desenvolvimento cada vez mais rápido de novos produtos.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem Ole Koeser e Marco Aloe, da Calcom ESI, que forneceram as simulações, bem como as empresas Georg Fisher AG e Takata-Petri AG, para disponibilizar os resultados experimentais.
REFERÊNCIAS
1 KALKUNTE, B., KRUTIS, V., ALOE,
A., Prediction of casting properties
and performance through an
overall process chain, Foundry
Trade Journal, pp.186-188, July-
August 2012.
2 KALTOFEN, J., KOESER, O.,
SHOLAPURWALLA, A., Casting
simulation drives component
development for HPDC, Die Casting
Egineer, pp.30-33, Maio 2009.
3 BRECHET, Y., MAGNIN, T,
SORNETTE, D., The coffin-
manson law as a consequence of
the statistical nature of the LCF
surface damage, Acta Metallurgica
et Materialia, Vol.40 (9), pp. 2281–
2287, 1992.
4 Lieven E., Wuth M., Köser O.,
Pyttel, T.: Coupling of Casting
and Structure Simulation and
Integration into the Development
Process to Improve the Prediction
of Component Performance,
Proceedings of the69th World
Foundry Congress, Hangzhou
China, 2010. See also: http://
www.esi-group.com/resources/
integration-coupled-casting-and-
structure-simulation-magnesium-
die-castings
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